Um óleo combustível é queimado numa caldeira liberando
de calor, sendo obtido um rendimento de
do qual é usado para transformar água líquida a
em vapor saturado a 20 bares. Obtenha a vazão mássica (
) de produção de vapor.
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre queimar óleo combustível numa caldeira que libera
de calor, com um rendimento de
. Esse calor é usado para transformar água líquida a
em vapor saturado a 20 bares. A nossa missão é descobrir qual é a vazão mássica de vapor produzida, medida em
.
Para resolver isso, precisamos entender conceitos de energia térmica, eficiência energética e as propriedades da água durante a mudança de fase de líquido para vapor. Vamos usar fórmulas de termodinâmica e fazer algumas conversões de unidades para chegar na resposta final.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de calor útil disponível para a transformação da água, levando em conta o rendimento da caldeira. Sabemos que a caldeira libera
de calor com um rendimento de
.
A fórmula para o calor útil (
) é:
Substituindo os valores:
Passo 3
Agora, precisamos converter o calor útil de BTU para unidades mais convenientes, como o quilojoule (
). Sabemos que:
Então:
Passo 4
Precisamos agora determinar a quantidade de energia necessária para transformar a água líquida em vapor. Isto envolve a entalpia de vaporização (
) da água a
. Supondo que a entalpia de vaporização a essa pressão seja aproximadamente
(valor aproximado; para precisão real, consultar tabelas de propriedades da água conforme a pressão e temperatura específicas).
Passo 5
Com a energia disponível e a energia necessária por kg de água, podemos calcular a vazão mássica (
) usando a fórmula:
Substituindo os valores:
Passo 6
Finalmente, vamos converter a vazão mássica de
para
:
Resposta
A vazão mássica de produção de vapor é aproximadamente
.